JP2000344864A - 半導体用樹脂ペースト及びそれを用いた半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 速硬化が可能で、熱時接着強度が高く、かつ
応力緩和性に優れ、大型チップと銅フレームとの接着に
適したペーストを提供する。 【解決手段】 エポキシ樹脂、潜在性硬化剤、イミダゾ
ール化合物及び無機フィラーからなり、エポキシ樹脂は
液状エポキシ樹脂とエポキシ基を有する反応性希釈剤か
らなる半導体樹脂ペーストである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＩＣ、ＬＳＩ等の半
導体素子を金属フレーム等に接着する樹脂ペーストに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】エレクトロニクス業界の最近の著しい発
展により、トランジスター、IC、LSI、超LSIと進化して
きており、これら半導体素子に於ける回路の集積度が急
激に増大すると共に大量生産が可能となり、これらを用
いた半導体製品の普及に伴って、その量産に於ける作業
性の向上並びにコストダウンが重要な問題となってき
た。従来は半導体素子を金属フレームなどの導体にAu-S
i共晶法により接合し、次いでハーメチックシールによ
って封止して、半導体製品とするのが普通であった。し
かし量産時の作業性、コストの面より、樹脂封止法が開
発され、現在は一般化されている。これに伴い、マウン
ト工程に於けるAu-Si共晶法の改良としてハンダ材料や
樹脂ペースト即ちマウント用樹脂による方法が取り上げ
られるようになった。

【０００３】しかし、ハンダ法では信頼性が低いこと、
素子の電極の汚染を起こし易いこと等が欠点とされ、高
熱伝導性を要するパワートランジスター、パワーICの素
子に使用が限られている。これに対しマウント用樹脂は
ハンダ法に較べ、作業性に於いても信頼性等に於いても
優れており、その需要が急激に増大している。

【０００４】更に近年、IC等の集積度の高密度化によ
り、チップが大型化してきており、一方従来用いられて
きたリードフレームである42合金フレームが高価なこと
より、コストダウンの目的から銅フレームが用いられる
ようになってきた。ここでIC等のチップの大きさが約4
〜5mm角より大きくなると、IC等の組立工程での加熱に
より、マウント法としてAu-Si共晶法を用いると、チッ
プの熱膨張率と銅フレームの熱膨張率との差からチップ
のクラックや反りによる特性不良が問題となってきてい
る。

【０００５】即ちこれは、チップの材料であるシリコン
等の熱膨張率が3×10^-6/℃であるのに対し、42合金フレ
ームでは8×10^-6/℃であるが、銅フレームでは20×10^-6
/℃と大きくなる為である。これに対し、マウント法と
してマウント用樹脂を用いることが考えられるが、従来
のエポキシ樹脂系ペーストでは、熱硬化性樹脂で三次元
硬化する為、弾性率が高く、チップと銅フレームとの歪
を吸収するには至らなかった。

【０００６】また、硬化時に架橋密度を小さくするよう
なエポキシ樹脂、例えばエポキシモノマーを多量に含む
ものを使用すれば弾性率を低くできるが、接着強度が低
下するという欠点があった。更に通常のエポキシ樹脂は
粘度が高く、これに無機フィラーを配合すると粘度が高
くなりすぎ、ディスペンス時の糸ひきが発生し作業性が
悪くなる。作業性を改良するために多量の溶剤を添加す
るとボイドが発生するという問題があった。また従来の
マウント用樹脂は硬化に150〜200℃のオーブンで1〜2時
間加熱処理する必要があった。最近では半導体組立工程
の合理化のため、オーブンで３０分以内に硬化するイン
ライン化の要求が高まっている。速硬化にするために
は、硬化促進剤を多量に添加する方法があるが、常温ま
たは低温での保存性、すなわちポットライフやシェルラ
イフが短くなり、１液タイプでは実用性がなく、熱時の
接着強度も低いという欠点があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、熱時
接着強度を低下させないで、ＩＣ等の大型チップと銅フ
レーム等の組合せでもチップクラックや反りによるＩＣ
等の特性不良が起こらず、速硬化でかつボイドの発生の
ない樹脂ペーストを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、熱時接着強度
を低下させないで硬化物の低弾性率化を計ったもので、
一般式（１）の構造を有する液状エポキシ樹脂とエポキ
シ基を有する反応性希釈剤の重量比が６０：４０〜９
０：１０である（Ａ）エポキシ樹脂、（Ｂ）潜在性硬化
剤、（Ｃ）イミダゾール化合物、（Ｄ）無機フィラーか
らなり、成分（Ａ）１００重量部に対し、成分（Ｂ）が
０．５〜５重量部、成分（Ｃ）が０．５〜１０重量部で
ある半導体用樹脂ペーストである。また、上記の半導体
用樹脂ペーストを用いて製作された半導体装置である。

【０００９】

【化１】

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明に用いるエポキシ樹脂
（Ａ）は、一般式（１）の構造を有する液状エポキシ樹
脂とエポキシ基を有する反応性希釈剤の重量比が６０：
４０〜９０：１０である液状のエポキシ樹脂である。一
般式（１）で示されるものは分子量により各種のものが
あるが、分子量が小さく常温で液状のものが、配合する
ときの作業性及び配合後の粘度の点から好ましい。

【００１１】一般式（１）で示される液状エポキシ樹脂
と混合するエポキシ基を有する反応性希釈剤には、例え
ば、ｎ−ブチルグリシジルエーテル、バーサティック酸
グリシジルエステル、スチレンオサイド、エチルヘキシ
ルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、
クレジルグリシジルエーテル、ブチルフェニルグリシジ
ルエーテル等があり、これらの内の１種類あるいは複数
種と併用可能である。

【００１２】一般式（１）で示される液状エポキシ樹脂
とエポキシ基を有する反応性希釈剤の重量比は６０：４
０〜９０：１０であることが好ましい。反応性希釈剤の
重量比が４０を越えると接着強度が弱く、１０未満では
樹脂ペーストとしたときに粘度が高くなり作業性が低下
する。

【００１３】本発明においては他のエポキシ樹脂を混合
して用いてもよい。上記エポキシ樹脂と混合する場合の
他のエポキシ樹脂としては，例えばビスフェノールＡ、
ビスフェノールＦ、フェノールノボラック、クレゾール
ノボラック類とエピクロルヒドリンとの反応により得ら
れるポリグリシジルエーテル、ブタンジオールジグリシ
ジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエ
ーテル等の脂肪族エポキシ、ジグリシジルヒダントイン
等の複素環式エポキシ、ビニルシクロヘキセンジオキサ
イド、ジシクロペンタジエンジオキサイド、アリサイク
リックジエポキシーアジペイトのような脂環式エポキシ
があり、これらの内の１種類あるいは複数種と併用可能
である。

【００１４】本発明に用いる潜在性硬化剤（Ｂ）は、エ
ポキシ樹脂の硬化剤として用いられ、例えばアジピン酸
ジヒドラジド、ドデカン酸ジヒドラジド、イソフタル酸
ジヒドラジド、P-オキシ安息香酸ジヒドラジド等のカル
ボン酸ジヒドラジドやジシアンジアミド等の潜在性硬化
剤である。潜在性硬化剤を用いるとフェノール硬化剤単
独で硬化した場合に比べ著しく熱時接着強度が高くな
る。又潜在性硬化剤はフェノール硬化剤よりも当量が小
さいため、併用することにより粘度がそれ程高くなく、
又潜在性であるため保存性にも優れたペーストを得るこ
とができる。潜在性硬化剤（Ｂ）の配合量は全エポキシ
樹脂に対し、0.5〜5重量％使用するのが好ましい。0.5
重量％未満では熱時接着強度が弱く、5重量％を越える
と低応力性が低下する。

【００１５】本発明においては，速硬化を可能とするた
めイミダゾール化合物（Ｃ）を使用することを必須とし
ている。一般にイミダゾール化合物は，目的とする温度
１７０〜２５０℃で硬化時間が短いことが知られてい
る。イミダゾール化合物としては，例えば２−メチルイ
ミダゾール，２−エチルイミダゾール，２−フェニルイ
ミダゾール，２−フェニル−４−メチルイミダゾール，
２−フェニル−４−メチル−５−ヒドロキシメチルイミ
ダゾール，２−フェニル−４，５−ジヒドロキシメチル
イミダゾール，２−Ｃ₁₁Ｈ₂₃−イミダゾール等の一般的
なイミダゾールやトリアジンやイソシアヌル酸を付加
し，保存安定性を付与した２，４−ジアミノ−６−｛２
−メチルイミダゾール−（１）｝−エチル−Ｓ−トリア
ジン，またそのイソシアネート付加物等があり，これら
の内の１種類あるいは複数種と併用可能である。イミダ
ゾール化合物の配合量は、全エポキシ樹脂に対し、０．
５〜１０重量％使用するのが好ましい。０．５重量％未
満では熱時接着強度が弱く、１０重量％を越えるとポッ
トライフ著しく短くなる。

【００１６】本発明に用いる無機フィラー（Ｄ）として
は銀粉、シリカフィラー等がある。

【００１７】銀粉は導電性を付与するために用いられ、
ハロゲンイオン、アルカリ金属イオン等のイオン性不純
物の含有量は10ppm以下であることが好ましい。又銀粉
の形状としてはフレーク状、樹脂状や球状等が用いられ
る。必要とするペーストの粘度により、使用する銀粉の
粒径は異なるが、通常平均粒径は2〜10μｍ、最大粒径
は50μｍ程度のものが好ましい。又比較的粗い銀粉と細
かい銀粉とを混合して用いることもでき、形状について
も各種のものを適宜混合してもよい。

【００１８】本発明に用いるシリカフィラーは平均粒径
1〜20μｍで最大粒径50μｍ以下のものである。平均粒
径が１μｍ以下だと粘度が高くなり、20μｍ以上だと塗
布又は硬化時に樹脂分が流出するのでブリードが発生す
るため好ましくない。最大粒径が50μｍを越えるとディ
スペンサーでペーストを塗布するときに、ニードルの出
口を塞ぎ長時間の連続使用ができない。又比較的粗いシ
リカフィラーと細かいシリカフィラーとを混合して用い
ることもでき、形状についても各種のものを適宜混合し
てもよい。

【００１９】又、必要とされる特性を付与するために本
発明以外の無機フィラーを添加してもよい。

【００２０】本発明における樹脂ペーストには、必要に
より用途に応じた特性を損なわない範囲内で、シランカ
ップリング剤、チタネートカップリング剤、顔料、染
料、消泡剤、界面活性剤、溶剤等の添加剤を用いること
ができる。本発明の製造法としては、例えば各成分を予
備混合して三本ロール等を用いて、ペーストを得て、真
空下脱泡すること等がある。

【００２１】本発明の半導体用樹脂ペーストを用いて製
作された半導体装置は、オーブン硬化での速硬化が可能
で、熱時接着強度の低下がなく、大型チップと銅フレー
ム等の組み合わせでも反りがないため、信頼性の高い半
導体装置を得ることが出来る。半導体用樹脂ペーストを
用いて半導体装置を製作する方法は公知の方法を用いる
ことが出来る。

【００２２】

【実施例】本発明を実施例で具体的に説明する。各成分
の配合割合は重量部とする。

【００２３】＜実施例１〜７及び比較例１〜８＞表１に
示した組成の各成分と無機フィラーを配合し、三本ロー
ルで混練して樹脂ペーストを得た。この樹脂ペーストを
真空チャンバーにて2mmHgで30分間脱泡した後、以下の
方法により各種の性能を評価した。評価結果を表１に示
す。

【００２４】＜用いる原料成分＞ ・一般式（１）で示される液状エポキシ樹脂：粘度5000
mPa・s、エポキシ当量190

【００２５】・ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ＢＰ
Ａ）：粘度9000mPa・s、エポキシ当量185 ・ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（ＢＰＦ）：粘度50
00mPa・s、エポキシ当量170 ・反応性希釈剤 ：フェニルグリシジルエーテル ・潜在性硬化剤（Ｂ）：ジシアンジアミド（ＤＤＡ） ・イミダゾール化合物（Ｃ）：２−フェニル−４−メチ
ル−５−ヒドロキシメチルイミダゾール（２Ｐ４ＭＨ
Ｚ） ・ 無機フィラー（Ｄ）： 銀粉 ：粒径が0.1〜50μmで平均粒径3μmのフレーク状 シリカフィラー：平均粒径5μｍで最大粒径20μｍのシ
リカフィラー

【００２６】＜評価方法＞ 粘度 ：Ｅ型粘度計（３°コーン）を用い２５
℃、２．５ｒｐｍでの値を測定し粘度とした。 弾性率 ：テフロンシート上にペーストを幅１０ｍ
ｍ長さ約１５０ｍｍ厚さ１００μｍに塗布し、２００℃
オーブン中３０分間硬化した後、引っ張り試験機で試験
長１００ｍｍ、引っ張り速度１ｍｍ／分にて測定し得ら
れた応力―ひずみ曲線の初期勾配より弾性率を算出し
た。 接着強度 ：２×２ｍｍのシリコンチップをペースト
を用いて銅フレームにマウントし２００℃中３０分間オ
ーブン中で硬化した。硬化後マウント強度測定装置でを
用い２５℃，２５０℃での熱時ダイシェア強度を測定し
た。 反り量 ：６×１５×０．３ｍｍシリコンチップを
銅フレーム（２００μｍ厚さ）に樹脂ペーストでマウン
トし、２００℃２０分間硬化した後、チップの反りを表
面粗さ計（測定長１３ｍｍ）で測定した。 ポットライフ：２５℃の恒温槽内に樹脂ペーストを放置
した時の粘度が初期粘度の１．２倍以上増粘するまでの
日数を測定した。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】

【００２９】実施例１〜７では熱時接着強度、低応力性
（低弾性率、低反り量）及びポットライフに優れたペー
ストが得られるが、比較例１はビスフェノールＡ型エポ
キシ樹脂を使用したため低応力性が悪く、反り量が大き
くなりチップクラックが発生した。比較例２はビスフェ
ノールＦ型エポキシ樹脂を使用したため低応力性が悪
く、反り量が大きくなりチップクラックが発生した。比
較例３は反応性希釈剤の配合量が多く、接着強度が著し
く低下した。比較例４は反応性希釈剤の配合量が少な
く、粘度が著しく高くなり作業性が低下した。比較例５
は潜在性硬化剤の配合量が少なく、接着強度が著しく低
下した。比較例６は潜在性硬化剤の配合量が多く、反り
量が大きくなりチップクラックが発生した。比較例７は
イミダゾール化合物の配合量が少なく、接着強度が著し
く低下した。比較例８はイミダゾール化合物の配合量が
多く、ポットライフが著しく短くなった。

【００３０】

【発明の効果】本発明の半導体用樹脂ペーストは、オー
ブン硬化での速硬化が可能で、熱時接着強度が高く、か
つ応力緩和性に優れているため、IC等の大型チップと銅
フレームとの接着に適しており、IC組立工程でのチップ
クラックやチップ歪みによるIC等の特性不良を防止で
き、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一般式（１）の構造を有する液状エポキ
   シ樹脂とエポキシ基を有する反応性希釈剤の重量比が６
   ０：４０〜９０：１０である（Ａ）エポキシ樹脂、
   （Ｂ）潜在性硬化剤、（Ｃ）イミダゾール化合物、及び
   （Ｄ）無機フィラーからなり、成分（Ａ）１００重量部
   に対し、成分（Ｂ）が０．５〜５重量部、成分（Ｃ）が
   ０．５〜１０重量部であることを特徴とする半導体用樹
   脂ペースト。 【化１】
2. 【請求項２】 請求項１記載の半導体用樹脂ペーストを
   用いて製作された半導体装置。